регистрация /  вход

Расчёт усилителя мощности низкой частоты (стр. 1 из 4)

Министерство образования и науки Украины

Национальный технический университет

«Харьковский политехнический институт»

Кафедра «Радиоэлектроника»

Курсовой проект

На тему: «Расчёт усилителя мощности низкой частоты»

Харьков 2009

Реферат

В данном курсовом проекте рассчитывается усилитель мощности низкой частоты. Производится составление функциональной схемы, а по ней синтезируется электрическая схема на дискретных элементах.

Расчёт ведётся графоаналитическим методом по входным и выходным вольтамперным характеристикам.

В состав УНЧ входят: усилитель мощности, фазоинверсный каскад, предварительный усилитель, собранный на ОУ.

Ключевые слова:

УНЧ - усилитель низкой частоты;

ОУ - операционный усилитель;

Введение

Оконечные каскады выполняются по схеме с трансформаторной связью, либо по схеме с безтрансформаторной связью. Трансформаторную связь применяют, когда сопротивление нагрузки меньше выходного сопротивления каскада. Поэтому в настоящем проекте рассчитывается усилитель с трансформаторной связью.

Транзисторы и способ их включения, схема каскада и режим работы транзисторов выбираются из условий обеспечения заданной выходной мощности и максимального к.п.д. при заданных частотных искажениях. Оконечные каскады могут выполняться по однотактной или двухтактной схеме. Однотактная схема позволяет сэкономить один транзистор, но не может обеспечить к.п.д. выше 30%.

Двухтактная схема может обеспечить кпд до 78% при коэффициенте гармоник 7-12%. Габариты выходного трансформатора из-за отсутствия тока подмагничивания значительно уменьшаются. Выходная мощность достигает величины в 1.5 раза большей, чем мощность, рассеиваемая на коллекторах транзисторов.

Транзисторы могут быть включены либо по схеме с общей базой, либо общим эмиттером, либо общим коллектором.

После выбора схемы оконченного каскада и режима работы выбирается транзистор, удовлетворяющий следующим условиям:

1. Допустимая мощность рассеяния на коллекторе должна быть не ниже максимальной рассеиваемой при заданной максимальной температуре окружающей среды.

2. Предельная частота коэффициента передачи тока должна быть выше верхней заданной частоты для того, чтобы искажения, вносимые транзистором, были, возможно, меньшими.


Техническое задание

1. Диапазон частот fн =80 Гц; fв =13 кГц

2. Допустимые частотные искажения Мн =1,2дБ; Мв =1,3 дБ

3. Выходная мощность Рвых =2,3 Вт

4. Сопротивление внешней нагрузки Rн =2,7Ом

5. Данные источника сигнала Uи =1,3 мВ; Rи =170 Ом

6. Допустимый коэффициент гармоник Кг £ 2,5%

7. Диапазон изменения температуры Т=-20О +40О С


1. Предварительный расчёт

1.1 Выбор типа транзисторов и способа их включения для оконечного каскада

Оконечный каскад можно выполнить по двухтактной схеме, работающей в режиме АВ, транзисторы включить по схеме с общим эмиттером. Так как сопротивление внешней нагрузки мало, то применим трансформаторную связь с нагрузкой.

Мощность рассеяния на коллекторе одного транзистора составит:

(1.1.1.1)

h- к.п.д. выходной цепи. Для режима АВ

h=0.5¸0.7. Принимаем h=0.6

(1.1.2)

hт =0.85 – к.п.д. выходного трансформатора.

(1.1.3)

Предельная частота транзистора определяется по заданным искажениям на высокой частоте.

(1.1.4)

(1.1.5)

Выбираем транзистор КТ801Б , который имеет следующие параметры:

Рк,мах =5Вт,

fг =10 МГц,

h21 э =50,


Uкэ. max =60В,

Iк. max =2A,

Uост =5В.

Предельная частота транзистора:

(1.1.6)

Напряжение, которое можно подать на коллектор:

(1.1.7)

Выбираем Uок =19 В.

Тогда для получения мощности 2,7 Вт потребуется импульс коллекторного тока:

(1.1.8)

Такому току коллектора соответствует ток базы IБ =23мА. Для получения тока базы 31мА необходимо подать на базу напряжение UБ m = 0,95В (рисунок 4).

Значение переменной составляющей напряжения и тока базы:

UБ~ =0,95-0,5=0.45В IБ =Iвх =23мА.

Входная мощность за период сигнала:

(1.1.9)

Коэффициент гармоник определяется по графику зависимости от коэффициента использования транзистора по мощности при коэффициенте асимметрии плеч g=0.1 (рисунок 1).

Рисунок 1 – Зависимость коэффициента гармоник

от коэффициента использования транзистора по мощности


(1.1.10)

Такому a соответствует Кг =3%.

Глубина обратной связи:

(1.1.11)

Выбираем А =1,2.

Требуемый коэффициент усиления предварительных каскадов:

, (1.1.12)

где

– коэффициент запаса

1.2 Выбор типа транзисторов и способа их включения для фазоинверсного каскада

Фазоинверсный каскад выполняем по трансформаторной схеме, транзистор работает в режиме А.

Мощность рассеяния на коллекторе фазоинверсного каскада:

(1.2.1)

Выбираем транзистор КТ315В, со следующими параметрами:

Pк =150мВт,

fг =250 МГц,

h21э=50,

Uкэ. max =40В,

Iк.max=100мA,

Предельная частота транзистора должна быть не ниже:

(1.2.2)


Мв =1,3дБ=1.161

Для транзистора КТ315В:

МГц >>20,23кГц (1.2.3)

Рисунок 2 – Функциональная схема усилителя

1.3 Распределение частотных искажений

Искажения на нижних частотах:

(1.3.1)

На выходной трансформатор можно допустить:

(1.3.2)

На межкаскадный трансформатор можно принять:

(1.3.3)

Оставшиеся М=0,7дБ можно разделить на 2 части, т. к. имеется одна разделительная ёмкость и один конденсатор в цепи эмиттера

(1.3.4)


2. Расчёт электрической схемы усилителя

2.1 Расчёт оконечного каскада

Из предварительного расчёта известно:

Транзистор КТ801;

A=1.2 –глубина обратной связи;

Вт – колебательная мощность;

hт =0,85;

fн =80Гц;

Мн =0,35дБ;

fв =13кГц;

Mв =0,65дБ;

Rн =2,7Ом;

Uок =19В – напряжение покоя на коллекторе

Iвх =23мА.

Рисунок 3 – Оконечный каскад усилителя

Уточним отдаваемую мощность:

(2.1.1)

где


(2.1.2)

Определим сопротивление нагрузки для переменного тока

(2.1.3)

Рассчитаем сопротивление половины первичной обмотки выходного трансформатора:

(2.1.4)

Напряжение источника питания:

(2.1.5)

Выберем Е0 =20В.

Мощность, потребляемая выходной цепью:

(2.1.6)

Рисунок 4 – Входная и выходная характеристики транзистора КТ801Б

КПД выходной цепи:

(2.1.7)

Мощность рассеяния на коллекторе одного транзистора:


(2.1.8)

Ток покоя коллектора в оконечном каскаде:

(2.1.9)

Такому току коллектора соответствует ток базы IоБ =1мА, а это соответствует напряжению на базе транзистора Uоб =0,55В(рисунок 4).

Амплитуда полезного сигнала на оконечных транзисторах составит

(2.1.10)

Сопротивление делителя в цепи базы транзисторов оконечного каскада:

(2.1.11)